真空镀膜机的详细结构（最全总结，建议收藏）

博顿导读

高真空镀膜机，镀膜机是目前制作真空条件应用最为广泛的设备。其相关组成及各部件：机械泵、增压泵、油扩散泵、冷凝泵、真空测量系统.
下面博顿君详细介绍各部分的组成及工作原理。

一、真空主体——真空腔
根据加工产品要求的各异，真空腔的大小也不一样，目前应用最多的有直径1.3M、0.9M、1.5M、1.8M等，腔体由不锈钢材料制作，要求不生锈、坚实等，真空腔各部分有连接阀，用来连接各抽气泵浦。

机械泵在使用过程中，必须注意以下问题：
1、机械泵要安装在清洁干燥的地方。
2、泵本身要保持清洁干燥，泵内的油具有密封和润滑作用，因此要按照规定量添加。
3、要定期更换泵油，更换的时候要先排出以前的废油，周期为至少三个月至半年更换一次。
4、要按照说明书接好电线。
5、机械泵停止工作前要先关闭进气阀门，再停电并开放气阀，将大气通过进气口放入泵中。
6、泵在工作期间，油温不可以超过75摄氏度，否则会由于油的黏度过小而导致密封不严。
7、要不定期检点机械泵的皮带松紧度、电机的转速，罗茨泵电机的转速，和密封圈的密封效果。

低温冷凝泵：它是利用低温表面来凝聚气体分子以实现抽气的一种泵，是目前获得极限真空最高，抽速最大的抽气泵。
冷凝泵的工作原理：主要是低温表面对气体的冷凝作用、冷捕作用及物理低温吸附作用。
低温冷凝：根据各种气体的特性，采用液氦或者制冷循环氦气来冷却。
冷捕集：就是不可凝气体被可凝气体捕集的现象，通常二氧化碳、水蒸气、氮气、压气等气体首先形成霜，于低温表面形成吸附层，进而达到吸附其它气体的目的，低温泵抽除混合气体的效果比抽除单一效果好就是这个原因。
低温吸附：指低温表面上的吸附剂吸附气体的作用，由于吸附剂与气体分子之间的相互作用很强，故可达到气相压强比冷凝表面温度下它的饱和蒸汽压还低的水平。吸附剂通常是活性炭。
冷凝泵的抽气速率及影响 冷凝泵的抽气速率与冷凝表面的面积大小有关系，经数据显示，单位冷凝表面积下的抽气速率为11.6升/秒.平方厘米，冷凝泵可以抽到10-8帕；此外粘有活性炭的吸附表面的几何形状及位置、活性炭的颗粒结构、粘结材料及粘接工艺，对抽速也有很大的影响。其次关键在于制冷机的制冷量要足够大。
真空计：真空计是真空镀膜机器上的重要组成部分，它是检测镀膜机真空度的重要手段。真空计根据其工作原理可以分为绝对真空计和相对真空计，绝对真空计可以直接测量压强的高低，相对真空计只能间接测量真空度。
本论文重点介绍镀膜机器上面常用到的以下几个真空计：
电阻真空计（又叫皮喇尼真空计）：
它主要由电热丝、外壳和支架构成，主要是根据在低压下，气体的热传导系数与压强成正比的方式工作的。上面开口处与被测真空系统相连接，热丝采用电阻温度系数大的金属丝做成，两支支架引线与测量线路连接。当压强降低的时候，由于气体热传导散失的热量减小，因此当热丝加热电流稳定时候，则热丝温度就上升，热丝的电阻就增大，用测量热丝电阻值的大小来间接测量压强，有以下关系：
这就是电阻真空计的工作原理，此真空计的测量范围是：100-10-1帕之间，目前采用的型号是WP-02
磁控放电真空计：
工作原理：在放电开始时，由于空间游离电子向阳极运动时，在正交电磁场作用下，电子的轨迹不是直线而是螺旋线前进，又因为阳极是框形，故电子不一定第一次就碰上阳极，而是穿过阳极，然后受到对面阴极的拒斥，又复返回。这样反复多次才可能打上阳极。由于电子路程大大加长，故碰撞及电离的分子数增加，使得在较低压强（10-4帕以下）仍维持放电（也称潘宁放电）。
目前比较多的型号有PKR251、GI-PARY
放电管真空计：在玻璃管中封入两个金属电极，在其上加上数千伏的直流高电压，在一定的压强范围内（1*10-3～2*10托）内就能引起自持放电，通过放电颜色来判定其真空度
目前为止此种真空计已经很少使用，因为其误差大，容易损坏，而且寿命不长。

三、蒸发系统
蒸发系统主要指成膜装置部分，镀膜机器的成膜装置很多，有电阻加热、电子枪蒸发、磁控溅射、射频溅射、离子镀等多种方式，鄙人就电阻加热和电子枪蒸发两种方式作介绍，因为此两种方式我应用的比较多。
电阻蒸发根据其结构和工作原理是目前为止应用最多，最广泛的蒸发方式，也是应用时间最长的蒸发方式。它的工作方式是，将钨片做成船状，然后安装在两个电极中间，在钨舟中央加上药材，再缓缓给电极通电，电流通过钨舟，钨舟通电发热，这些低电压，大电流使高熔点的钨舟产生热量，再热传导给镀膜材料，当钨舟的热量高于镀膜材料熔点的时候，材料就升华或者蒸发了，此方法由于操作方便，结构简单，成本低廉，故被很多设备应用，但是其蒸发出来的薄膜由于致密性不佳，加上很多材料无法采用这种方式蒸镀，所以其有一定局限性。钨舟蒸发镀膜材料的时候，材料的熔点必须小于钨舟的熔点，否则就没有办法进行。
电子枪蒸发是到目前为止应用最多的一种蒸发方式，它可以蒸发任何一种镀膜材料，它的工作方式是：将镀膜材料放在坩埚里面，将蒸发源制作成灯丝形状，采用一专门的控制柜，对灯丝加一强电流，高电压，由于灯丝的材料是钨，所以它会发热，到最后会发射电子，再采用一定的磁场将其聚集成一定形状，并牵引到坩埚上，这样就形成了一股电子束，由于电子束温度非常高，可以熔化任何镀膜药材，当镀膜药材被电子束熔化后（有些材料是直接升华），药材的分子（原子或者离子）在真空中成直线运动，然后遇到基板，就凝结下来，经过这种方式生长，形成薄膜！最常用的有将电子束的偏转角制作成270度，、或者运行轨迹为e型的e行电子枪或者电子束偏转角180度，运行轨迹为c型的c型电子枪两种。
电子束蒸发的最大优点在于：电子束的光斑可以随意调整，可以一枪多用，灯丝可以隐藏，避免污染，可以蒸发任意镀膜材料，维修方便，蒸发速度可以随意控制，材料分解小，膜密度高。机械强度好。
溅射方式是用高速正离子轰击靶材表面，通过动能传输，令靶材的分子（原子）有足够的能量从靶材表面逸出，在产品表面凝聚形成薄膜。
用溅射的方法制镀的薄膜附着性强，薄膜的纯度高，可以同时溅射多种不同成分的材料，但是对靶材的要求高，不能象电子枪一样节约资源。
目前运用最多的有磁控溅射，磁控溅射是指平行于阴极表面施加强电场，将电子约束在阴极靶材表面附近，提高电离效率。它是操作最简单的一种，所以运用非常广。

四、成膜控制系统
薄膜监控目前应用方式比较多，主要有：目视监控法，定（极值）值监控、水晶振荡监控、时间监控等等。主要介绍目视监控、定（极值）监控和水晶振荡监控三种。
目视监控也叫直接监控，就是采用眼睛监控，因为薄膜在生长的过程中，由于干涉现象会有颜色变化，我们就是根据颜色变化来控制膜厚度的，此种方式有一定的误差，所以不是很准确，需要依靠经验。
定值（极值）监控：主要是采用反射式（透过式）光学监控。极值监控法：当膜厚度增加的时候其反射率和穿透率会跟着起变化，当反射率或穿透率走到极值点的时候，就可以知道镀膜之光学厚度ND是监控波长（入）的四分之一的整数倍。但是极值的方法误差比较大，因为当反射率或者透过率在极值附近变化很慢，亦就是膜厚ND增加很多，R/T才有变化。反映比较灵敏的位置在八分之一波长处。
定值监控法：此方法利用停镀点不在监控波长四分之一波位，然后由计算机计算在波长一时总膜厚之反射率（或者穿透率）是多少，此即为停止镀膜点。
水晶振荡监控：
水晶振荡的工作原理是：利用石英晶体振动频率与其质量成反比的原理工作的。但是石英监控有一个不好之处就是当膜厚增加到一定厚度后，振动频率不全然由于石英本身的特性使厚度与频率之间有线性关系，此时必须使用新的石英振荡片。
几种监控方法各有优劣，但通常镀多层膜，会以光学监控为主，石英晶体振荡为辅助的方法。
除此之外，对于有些在镀膜过程中需要充入气体的还有流量控制计或者压力控制计，这些需要采用精密的阀门和光电传感系统来控制。
在镀膜过程中还需要回转控制系统，就是将伞具的主轴置于轴承里面，然后再利用电机带动轴承，使伞具回转。然后再PLC控制其回转速度。
坩埚回转采用电机带动，光电感应计数的方法，遮药板采用气动开关方式转动。
为了加快抽气速率，达到一定的真空度，还需要对真空腔进行制冷，就是将真空腔里面的空气冷冻到零下130摄氏度，将真空腔里面的水气冷冻并被泵抽走。
电气控制部分主要采用PLC自动控制，就是先在PLC中输入预先设计好的程序，处理器主电路与操作面板上的各空驶系统相连接，当按下操作面板上的开关的时候，信息传递到中央处理器，再由中央控制系统分析并发出指令由支路执行并完成动作。
镀膜机是集多门学科的设备，它集成了当今工业最先进的机电技术，控制技术、电气自动化、IT技术、制冷技术，微电路集成系统、高压控制系统、机械技术、加工技术、光电技术、光学技术、气动控制技术、光电传感技术、通讯技术、真空技术、薄膜光学与镀膜技术等等。
可以说镀膜机是新兴的产业代表。
到今天，镀膜机已经被广泛应用，制镀薄膜尤其广泛，其制作的各种薄膜被应用到各光电系统及光学仪器中，如数码相机、数码摄像机、望远镜、投影机、能量控制、光通讯、显示技术、干涉仪、人造卫星飞弹、半导体激光、微机电系统、信息工业、激光的制作、各种滤光片、照明工业、传感器、建筑玻璃、汽车工业、装饰品、钱币、眼镜片等等，镀膜机器已经与人类的生活紧密联系。

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